Nghiên cứu sự hấp thụ chất hoạt động bề mặt đá sa thạch sử dụng phép đo vi nhiệt lượng

Mở đầu

Chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong sự cố hóa học của các hồ chứa dầu để tăng cường thu hồi dầu. Tuy nhiên, hiện tượng hấp phụ chất hoạt động bề mặt lên các khoáng chất trong hồ chứa xảy ra, dẫn đến lãng phí vật liệu đắt tiền và quan trọng hơn là nó có thể làm cho quá trình không hiệu quả. Do đó, sẽ rất hữu ích nếu có được sự hiểu biết khoa học về mối quan hệ giữa cấu trúc hóa học của các chất hoạt động bề mặt và các đặc tính hấp phụ tương đối của chúng. Chúng bao gồm lượng chất hoạt động bề mặt được hấp phụ và giá trị của năng lượng tự do Gibbs của chất hấp phụ.

Trước đây, kỹ thuật vi nhiệt lượng đã được sử dụng thành công để xác định entanpi của sự dịch chuyển của các phân tử dung môi khỏi bề mặt của chất hấp phụ bởi các phân tử chất tan. Chỉ có thể thu được entanpi của sự hấp phụ nếu biết số phân tử dung môi bị dịch chuyển bởi một phân tử chất tan. Trong các nghiên cứu trước đây, bằng cách sử dụng lô hoặc phương pháp ngâm, chỉ có thể xác định lượng bị hấp phụ, trong một thí nghiệm tỷ lệ riêng biệt. Rõ ràng sẽ là thuận lợi nếu đo đồng thời sự dịch chuyển entanpi và đường đẳng nhiệt hấp phụ. Màn hình hoạt động nhiệt cùng với chất lỏng, một tế bào hấp phụ dòng lỏng và một U.V. máy quang phổ đã được phát triển cho mục đích này. Những lợi thế được cung cấp bởi kỹ thuật này bao gồm:

1. Nó cho phép nghiên cứu phân hủy chất hoạt động bề mặt từ các giao diện rắn / lỏng.

2. Nó cho phép các điều kiện kiểm soát sự hấp phụ và giải hấp phụ, chẳng hạn như nồng độ bề mặt, nhiệt độ, độ mặn, pH và sự hiện diện của dầu và các chất hy sinh, được thay đổi trong suốt quá trình thử nghiệm.

Trong thí nghiệm này, người ta khảo sát sự hấp phụ natri p- (2-decyl) benzen sulphonat từ dung dịch nước lên cát kết Bentheun đã nghiền ở 30 ° C.

Thực nghiệm

Máy đo vi nhiệt lượng theo dõi hoạt động nhiệt (TAM) đã được sử dụng và tất cả các phép đo được thực hiện ở 30 ° C, Theo thông số kỹ thuật, hằng số nhiệt độ của bể điều nhiệt là 0,0002 ° C. Đá sa thạch Bentheim có chất hấp phụ (diện tích cụ thể là 0,35 m2 / g) được nghiền nhỏ và đóng gói thành một hạt nhỏ được sản xuất đặc biệt (Hình 1), sau đó được đưa trực tiếp vào ô đo của Máy theo dõi hoạt động nhiệt.

“Microcore” chứa hai bộ lọc bằng thép không gỉ để giữ đá sa thạch ở vị trí và có thể tháo rời dễ dàng để kiểm tra và làm sạch. Máy đo quang phổ Waters LC, kiểu 481, được kết nối với đầu ra của vi điểm để theo dõi mật độ quang của dung dịch chất hoạt động bề mặt đi ra khỏi tế bào. Một máy bơm LKB 2150 HPLC được sử dụng để bơm nước qua tế bào dòng chảy với tốc độ 0,02 ml / phút trong 15 giờ. Sau thời gian này, đường nền ổn định và thu được tiếng ồn 0,1 microwatt. Sức nóng của sự dịch chuyển được xác định bằng các dung dịch chứa nồng độ natri p- (2-decyl) benzensulpho nate tăng dần. Mỗi mẫu mới được bơm vào sau khi đường cong tỏa nhiệt từ lần khảo sát trước đã trở về đường cơ sở. Các hạt thủy tinh được sử dụng làm bao bì lõi trong các thí nghiệm xe đẩy để xác định nhiệt (thu nhiệt) của quá trình pha loãng.

Kết quả

Kết quả của các nghiên cứu hấp phụ động này được thể hiện trong Hình 2. Đường cong dưới cho biết entanpi tích phân của sự thay đổi như thế nào với nồng độ chất hoạt động bề mặt đương lượng. Điều thú vị là đường cong đạt được giá trị quan trọng vượt quá nồng độ micelle tới hạn.

Entanpi của vị trí, disH, có thể được xác định từ Q (2) như sau:

disH = Q (2) -dilH

trong đó dilH bao gồm tất cả các thay đổi môi trường diễn ra trong dung dịch trong quá trình pha loãng. Độ lớn của dilH được xác định trong các thí nghiệm trắng chỉ ra rằng những ảnh hưởng này là không đáng kể trong quá trình hấp phụ.

Giá trị mô phỏng của dilH được cung cấp bởi Berg và cộng sự, người cũng sử dụng phép đo vi nhiệt lượng dòng chất lỏng để nghiên cứu sự hấp phụ bề mặt từ dung dịch lên bề mặt rắn.

Lượng hấp phụ thu được từ dữ liệu quang phổ LC theo phương pháp được sử dụng bởi Noll và oth- ers. Kết quả được thể hiện trong đường cong trên cùng của Hình 2. Đường cong đặc vẽ qua các điểm thí nghiệm được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ và có cùng hình dạng biểu tượng như đường cong entanpi: lại giảm dần ở nồng độ tương tự như CMC của bề mặt. Vì mật độ hấp phụ đối với một lớp đơn lớp gần nhau được ước tính là 0,3 nm, nên rõ ràng là một lớp đơn lớp không được hình thành trong thí nghiệm này. Từ dữ liệu trong Hình 2, entanpi của sự hấp phụ được ước tính là -5 kJ/mol. Hiệu ứng nhiệt thấp này chỉ ra sự hấp thụ vật lý yếu của phân tử chất hoạt động bề mặt trên bề mặt đá sa thạch.

Phần kết luận

Kết quả chỉ ra rằng:

1. Có thể quan sát thấy hiệu ứng nhiệt tỏa nhiệt liên quan đến quá trình hấp phụ mà không gặp khó khăn.

2. Entanpi của sự dịch chuyển và đường đẳng nhiệt hấp phụ được xác định mô phỏng thuần thục.

Do đó, sự kết hợp của phép đo vi nhiệt lượng chất lỏng cùng với một hệ thống phân tích phù hợp là một công cụ bổ sung có giá trị cho việc nghiên cứu quá trình hấp phụ của các vật liệu trong tương lai.